JP2009044071A - 光受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】所望の周波数帯域の信号を歪み無く増幅することができ、他の周波数帯域の信号を効率的に分波することができる光受信モジュールを得る。
【解決手段】フォトダイオード１４は、第１，第２の周波数帯域を含む複数の周波数帯域の信号が多重された光信号を受信して電気信号に変換する。プリアンプＩＣ１２は、フォトダイオード１４から出力された第１の周波数帯域の電気信号を増幅して第１，第２のリードピン１５，１６に出力する。第１の伝送線路２１はフォトダイオード１４とプリアンプＩＣ１２を接続する。オープンスタブ２３は、プリアンプＩＣ１２の近傍において第１の伝送線路２１に接続されている。第２の周波数帯域の中心周波数における波長をλとしたとき、オープンスタブ２３の電気長と第１の伝送線路２１の電気長はそれぞれλ／４である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信システムに用いられ、複数の周波数帯域の信号が多重された光信号を受信する光受信モジュールに関し、特に所望の周波数帯域の信号を歪み無く増幅することができ、他の周波数帯域の信号を効率的に分波することができる光受信モジュールに関するものである。

従来の光受信モジュールでは、フォトダイオードで受信した信号を歪ませずにプリアンプＩＣに伝達するために、両者の間が短いワイヤにより結線されていた（例えば、特許文献１参照）。また、電気長がλ／４のオープンスタブをプリアンプＩＣの近傍に接続した光受信モジュールも提案されている（例えば、特許文献２参照）。ただし、特定の周波数における波長をλとする。

特開２０００−１８３３６９号公報 特開２００４−３０３７５３号公報

フォトダイオードとプリアンプＩＣを短いワイヤにより結線した場合、フォトダイオードから出力された電気信号は何ら処理をされずに、全てプリアンプＩＣに入力される。このため、例えばＤＣ〜１０ＧＨｚのベースバンドデジタル信号と１２ＧＨｚの狭帯域アナログ信号が多重された光信号が光受信モジュールに入力された場合に、プリアンプＩＣでの非線形増幅による複数帯域間の干渉が発生し、所望の周波数帯域の信号を歪み無く増幅することができなかった。

また、電気長がλ／４のオープンスタブをプリアンプＩＣの近傍に接続した場合、特定の周波数の信号がプリアンプＩＣに入力されるのを防ぐことができるが、必ずしもその周波数の信号を効率的に分波することができなかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、所望の周波数帯域の信号を歪み無く増幅することができ、他の周波数帯域の信号を効率的に分波することができる光受信モジュールを得るものである。

本発明に係る光受信モジュールは、第１，第２の周波数帯域を含む複数の周波数帯域の信号が多重された光信号を受信して電気信号に変換するフォトダイオードと、フォトダイオードから出力された第１の周波数帯域の電気信号を増幅して第１の出力端子に出力する増幅器と、フォトダイオードと増幅器を接続する第１の伝送線路と、増幅器の近傍において第１の伝送線路に接続されたオープンスタブとを有し、第２の周波数帯域の中心周波数における波長をλとしたとき、オープンスタブの電気長と第１の伝送線路の電気長はそれぞれλ／４である。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、所望の周波数帯域の信号を歪み無く増幅することができ、他の周波数帯域の信号を効率的に分波することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光受信モジュールを示す一部切り欠き斜視図である。ステム１１上に、プリアンプＩＣ１２（増幅器）が接着固定され、セラミック基板１３が半田付けされている。セラミック基板１３上にフォトダイオード１４が搭載されている。

第１，第２のリードピン１５，１６（第１の出力端子）と第３のリードピン１７（第２の出力端子）がステム１１を貫通し、低融点ガラス１８によりステム１１に固定されている。キャップ１９がステム１１にプロジェクション溶接され、フォトダイオード１４及びプリアンプＩＣ１２を気密封止している。キャップ１９にボールレンズ２０が取り付けられている。

セラミック基板１３上に金の薄膜が蒸着され、第１，第２の伝送線路２１，２２、オープンスタブ２３及びバンドパスフィルタ２４からなるマイクロ波回路を構成している。第１の伝送線路２１はフォトダイオード１４とプリアンプＩＣ１２を接続する。オープンスタブ２３は、プリアンプＩＣ１２の近傍において第１の伝送線路２１に接続されている。バンドパスフィルタ２４は、フォトダイオード１４と第２の伝送線路２２の一端を接続する。

第１の伝送線路２１の他端とプリアンプＩＣ１２の入力パッドは第１のワイヤ２５により電気的に接続されている。プリアンプＩＣ１２のＰ側出力と第１のリードピン１５は第２のワイヤ２６より電気的に接続されている。プリアンプＩＣ１２のＮ側出力と第２のリードピン１６は第３のワイヤ２７より電気的に接続されている。第２の伝送線路２２の他端と第３のリードピン１７は第４のワイヤ２８により接続されている。

図２は、本発明の実施の形態に係る光受信モジュールのセラミック基板を示す上面図である。また、バンドパスフィルタ２４は、セラミック基板１３のエッジに形成されたキャスタレーション２９と、キャスタレーション２９と接続された第１の共振器３０と、セラミック基板１３に貫通穴加工で形成されたヴィア３１と、ヴィア３１と接続された第２の共振器３２とを有する。

上記の光受信モジュールの動作について説明する。光ファイバ等の光伝送路（不図示）を伝達してきた光信号はボールレンズ２０で集光され、フォトダイオード１４に焦点を結ぶ。フォトダイオード１４は、ＤＣ〜１０ＧＨｚの広い帯域（第１の周波数帯域）のベースバンドデジタル信号と、１２ＧＨｚ近傍の狭帯域（第２の周波数帯域）のアナログ信号とを含む複数の周波数帯域の信号が多重された光信号を受信して電気信号に変換する。この電気信号は、セラミック基板１３上に形成されたマイクロ波回路によって、ベースバンドデジタル信号と、１２ＧＨｚ近傍の狭帯域のアナログ信号とに分けられる。

プリアンプＩＣ１２は、フォトダイオード１４から出力されたベースバンドデジタル信号を増幅して第１，第２のリードピン１５，１６に出力する。一方、バンドパスフィルタ２４は、フォトダイオード１４から出力された１２ＧＨｚ近傍の狭帯域アナログ信号を透過して、第２の伝送線路２２及び第３のワイヤ２７を介して第３のリードピン１７に出力する。ここで、バンドパスフィルタ２４と第３のリードピン１７の間に接続された第２の伝送線路２２は、１２ＧＨｚ近傍の狭帯域アナログ信号を遅延させて、外部とのインピーダンス整合を取る。

ここで、本実施の形態では、第２の周波数帯域の中心周波数１２ＧＨｚにおける波長をλとしたとき、オープンスタブ２３の電気長がλ／４である。このため、１２ＧＨｚにおいてオープンスタブ２３が共振し、１２ＧＨｚ近傍の狭帯域なアナログ信号に対してプリアンプＩＣ１２の近傍において第１の伝送線路２１のインピーダンスがゼロ（ショート）となり電圧を発生しない。これにより、１２ＧＨｚ帯の電気信号がプリアンプＩＣ１２に入力されるのを防ぐことができる。従って、プリアンプＩＣ１２での非線形増幅による複数帯域間の干渉を防ぐことができ、第１の周波数帯域の信号を歪み無く増幅することができる。

また、第１の伝送線路２１の電気長がλ／４である。このため、プリアンプＩＣ１２の入力部でショートの作用をもたらすオープンスタブ２３の働きによって、フォトダイオード１４の近傍において１２ＧＨｚ近傍の狭帯域なアナログ信号に対するインピーダンスが最大（オープン）となる。これにより、フォトダイオード１４から出力される１２ＧＨｚ近傍の狭帯域なアナログ信号はプリアンプＩＣ１２の方には流れず、１２ＧＨｚ近傍の狭帯域なアナログ信号を効率的に分波することができる。

また、バンドパスフィルタ２４を設けたことにより、フォトダイオード１４から出力される広帯域信号に対して、第２の周波数帯域以外では第３のリードピン１７がオープンに見える。従って、第１の周波数帯域の信号を効率的にプリアンプＩＣ１２に入力することができる。

また、分波された１２ＧＨｚ近傍の狭帯域アナログ信号は第３のリードピン１７を介して外部に取り出されるが、一般に低融点ガラス１８で固定された貫通部分は低インピーダンスとなり電気的な反射損失が生じがちである。これに対して、第２の伝送線路２２で信号を遅延させることにより、１２ＧＨｚにおいて第３のリードピン１７から光受信モジュール側を見たときの特性インピーダンスをほぼ５０Ωにすることができる。即ち、外部の伝送線路の特性インピーダンスと光受信モジュールの出力インピーダンスとの整合を取ることができる。従って、第３のリードピン１７に接続された外部回路に影響されず、効率的に安定した信号を出力することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係る光受信モジュールの回路構成を示す図である。オープンスタブ２３、第１の伝送線路２１、バンドパスフィルタ２４、第２の伝送線路２２で小型な分波回路を形成している。この分波回路の特徴は、第１の伝送線路２１とオープンスタブ２３とが担うバンドリジェクトフィルタ３３の線路長が非常に短いことである。これにより、高い出力インピーダンスを持つフォトダイオード１４と低インピーダンスのプリアンプＩＣ１２との間の多重反射による群遅延歪みの影響を十分に抑えることできる。

図４は、本発明の実施の形態に係る光受信モジュールのプリアンプＩＣから出力される信号の周波数応答特性を示す図である。この図から、１２ＧＨｚ近傍において通過損失が低減することが分かる。また、図５は、本発明の実施の形態に係る光受信モジュールの第３のリードピンから出力される信号の周波数応答特性のシミュレーション結果を示す図である。この図から、良好な低損失出力が得られていることが分かる。

図６は、本発明の実施の形態に係る光受信モジュールのプリアンプＩＣから出力される信号の群遅延特性を示す図である。この図から、１ＧＨｚから６ＧＨｚの周波数において群遅延偏差が２０ｐｓに抑えられていることが分かる。また、図７は、オープンスタブ及び第１の伝送線路に代えて、直列２段の共振回路によりバンドリジェクトフィルタを構成した場合にプリアンプＩＣから出力される信号の群遅延特性を示す図である。この図から、１．６ＧＨｚから６ＧＨｚの周波数の範囲で９０ｐｓの群遅延偏差が生じることが分かる。図６と図７を比較すると、本実施の形態に係る構成（図６）の方がはるかに平坦な群遅延の周波数依存性を示すことが分かる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る光受信モジュールは、所望の周波数帯域の信号を歪み無く増幅することができ、他の周波数帯域の信号を効率的に分波することができる。

なお、プリアンプＩＣにて増幅される電気信号として、上記実施の形態ではベースバンドデジタル信号を用いた場合を示したが、広帯域のアナログ信号を用いても同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る光受信モジュールを示す一部切り欠き斜視図である。 本発明の実施の形態に係る光受信モジュールのセラミック基板を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る光受信モジュールの回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光受信モジュールのプリアンプＩＣから出力される信号の周波数応答特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光受信モジュールの第３のリードピンから出力される信号の周波数応答特性のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光受信モジュールのプリアンプＩＣから出力される信号の群遅延特性を示す図である。 オープンスタブ及び第１の伝送線路に代えて、直列２段の共振回路によりバンドリジェクトフィルタを構成した場合にプリアンプＩＣから出力される信号の群遅延特性を示す図である。

符号の説明

１２ プリアンプＩＣ（増幅器）
１４ フォトダイオード
１５ 第１のリードピン（第１の出力端子）
１６ 第２のリードピン（第１の出力端子）
１７ 第３のリードピン（第２の出力端子）
２１ 第１の伝送線路
２２ 第２の伝送線路
２３ オープンスタブ
２４ バンドパスフィルタ

Claims (3)

1. 第１，第２の周波数帯域を含む複数の周波数帯域の信号が多重された光信号を受信して電気信号に変換するフォトダイオードと、
   前記フォトダイオードから出力された前記第１の周波数帯域の電気信号を増幅して第１の出力端子に出力する増幅器と、
   前記フォトダイオードと前記増幅器を接続する第１の伝送線路と、
   前記増幅器の近傍において前記第１の伝送線路に接続されたオープンスタブとを有し、
   前記第２の周波数帯域の中心周波数における波長をλとしたとき、前記オープンスタブの電気長と前記第１の伝送線路の電気長はそれぞれλ／４であることを特徴とする光受信モジュール。
2. 前記フォトダイオードから出力された前記第２の周波数帯域の電気信号を透過して第２の出力端子に出力するバンドパスフィルタを更に有することを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
3. 前記バンドパスフィルタと前記第２の出力端子の間に接続され、前記第２の周波数帯域の電気信号を遅延させて、外部とのインピーダンス整合を取る第２の伝送線路を更に有することを特徴とする請求項２に記載の光受信モジュール。

Images